kořeny

Voda pre ozdravenie klímy
Místodržitelský palác, Bratislava, 2.Dec.2010
Vegetace - termoregulační ventil klimatu
Jan Čermák a Naděžda Naděždina
Ústav lesnické botaniky, dendrologie a geobiocenologie
Mendelova Univerzita, B R N O, Česká republika
Obyvatelná krajina
Pustá přehřátá krajina
nedaleko Jericha
Co si po zkušenostech dávných
civilizací my sami zvolíme ??
Jak můžeme kompensovat příliš vysoký příjem zářivé energie na
úrovni celé krajiny ??
Změny prostředí působí na
korunu & kořeny současně,
proto hodnotíme celé stromy
Nadzemní prostředí:
Koruna – listoví
”spojení vegetace s vesmírem”
Toky vody a energie: Hodnocení celých stromů a porostů
Suchý vzduch
Zářivá
energie
Rozptýlené
toky
Vodní pára
Integrující
transpirační proud:
Kapalná voda
Rozptýlené toky
Transpiraci stromů či lesního
porostu můžeme přímo vyjádřit
jako tok („chladivé“) energie
Drsnost zápoje a absorbovaná zářivá energie
Listnatý (lužní) les
2*103 listů m-2
Nižší optická drsnost => menší
boční ozáření => méně energie
Jehličnatý les (smrčina)
3.8*105 jehlic m-2
Vyšší optická drsnost => větší
boční ozáření => více energie
Zastíněné a osluněné listoví
Podzemní prostředí:
Kořenový systém
neoddělitelná část vegetace
Příklad odkrytého kořenového systému u 40ti letého smrkového porostu.
Povrchové kořeny se vyskytly do hloubky cca 20 cm, hluboké do 75 cm
Supersonický proud vzduchu
Rychlost = 2 Machy
Nyní je k dispozici 5 nedestruktivních
kvantifikujících přístrojových metod
Hloubka půdy, LAI, poměr kořenů / listů a život stromů
Rezervace Ztracená slať
Hlubší půda
Kůrovcové škody u suchem
oslabených stromů
Řídký
okraj
porostu
Fyziologicky
mělká půda
Obvyklé
Porost na
mýtní porosty rašelině
Lesy v Národním parku Šumava zničené kůrovcem
Uměle vysazované smrkové monokultury byly predisponovány (oslabeny vůči
napadení) jakýmkoli sekundárním škůdcem po několikaleté sérii period sucha v
letním období. Dnešní situace vznikla v důsledku zanedbání ochranných opatření a
bude se po několika desetiletích zákonitě opakovat.
První fáze
Druhá fáze
Třetí fáze
Klimatizace (ochlazování) přehřáté krajiny:
Tok vody v ekosystému
vliv různé struktury dřevin a podmínek prostředí
Sezónní transpirace kontrastních lesních porostů .
Lužní les
Běžný smrkový porost
300-450 mm
150 - 250 mm
(60-90% PET)
(30-40 % PET)
Chudý borový porost
cca 50 mm
(cca 10 % PET)
Dominantní stromy: 1/3 celkového počtu stromů transpiruje 2/3 transpirace porostu
Max transpirace jednotlivých dominantních stromů
600 dm3/day
100 dm3/day
20 dm3/day
Extremně vysoká transpirace: soliterně rostoucí stromy
Mokré louky u rybníka
Silné boční
osvětlení =
170 % horiz.
Tunelovým
efektem
zrychlován vítr
Transpirace stromů > PET
(35 polykormonů vrb na hektar = 40 % plochy = tráva na stejné ploše)
Vysoká optická drsnost = podstatný vliv prostorové struktury korun
Denní průběhy transpiračního proudu během vegetačního
období
Sezónní maximum
Stress suchem:
Denní pokles
dostupnosti vody
Hydrolimit: „bod snížené
dostupnosti vody“
Obecný trend
Poslední
projev
transpirace
průduchy
(situace blízká
bodu vadnutí)
Již zhnědlé listoví
(uschlý strom)
omezený příjem
vody z půdy
Vliv mělkých a hlubokých kořenů u sousedících stromů
Sucho:
Max
1.rok
Mělké kořeny
(0.5 m)
Smrk ztepilý
Hluboké kořeny
(>2 m)
Dub zimní
Dub následuje
smrk
2.rok
Smrk: Trvalé
poškození
Okamžitá
vlhkost
Od stromů ke krajině
Přenos informací mezi různými úrovněmi biologické
organizace
Postup přepočtu
strom --- porost --- povodí
Povodi Liz, Šumava
(západně od Vimperka)
Přepočty transpirace ze série stromových
vzorníků na jednotku plochy porostu
Přepočty ze série pokusných
porostů na celé povodí
Přepočet ze série porostů na krajinu - příklad:
Povodí prameniště
Volhy (Rusko)
3 500 km2
Velikost modelovaného
pixelu (lesní porost)
4 ha
1:1
Verifikace hydrologických
modelů založená na
porostní úrovni
ekofyziologických studií
(dva modely)
Měřená
transpirace
Posun vegetačních zón vlivem klimatických změn
.(A. Buček a V.Vlčková 1990.)
Stav r. 1990.
Krajina jak jí známe
(Velká část území dosud plní svou
klimatizační funkci )
Výhled na r. 2030.
Krajina přehřátá a vysušená
(Většina území dostatečně neplní svou
klimatizační funkci => další přehřívání)
Závěry
* Globální klimatické změny zatím nejsou ve střední Evropě kritické,
ale dochází zejména vlivem nekoordinované anthropické aktivity k
dosud přehlíženému lokálnímu přehřívání a vysušování krajiny
* Sluneční záření představuje energetické toky mnohonásobně vyšší
než toky docilované jakýmikoli technickými prostředky
* Jedině vegetace (a to především trvalá) je schopná bránit přehřívání
krajiny mechanizmem skupenských změn vody při transpiraci
* Půdní a klimatické poměry, ale i nadzemní a dosud často přehlížená
podzemní struktura dřevin rozhodují o funkční stabilitě porostů
* Funkční stabilita trvalé vegetace se stává stále významnější pro
udržení klimatické úlohy porostů, tedy ochlazování krajiny.
My reward for your
kind attention
Důkaz globálního oteplení
Jak rozumět sezónním
meteorologickým záznamům?
(např. měsíční hodnoty)
Radiace
Teplota
Snadno dostupné
= základní měřené parametry
Potenciální výpar (evapotranspirace)
PET = komplexní vypočtený parametr
Teff
Dešťové srážky
PET
Liší se významně tyto dva roky ??
Jednoduchá bilance:
Srážky – Výpar
(srážkový deficit) kumulovaný za
vegetační sezónu
Srážky - PET
Mírné klima
Silný
přísušek
Transpirace horní (osluněné) a spodní (zastíněné) části korun
Efektivní tvar korun:
Horní
`
spodní
Spodní
horní
Horní část koruny (1/3 až 1/4 ĺistoví) transpiruje denně stejné
množství vody jako spodní část koruny (2/3 až 3/4 listoví)
Predispozice stromů k napadení kůrovcem
Přirozená variabilita:
Hluboké kořeny
Jen povrchové kořeny
Hrubá indikace: Dodávka vody povrchovými a
hlubokými kořeny:
Hluboké kořeny
= hluboká běl
Mělké kořeny
= úzká běl
Zdravé
Napadené.
Predisponované !
Kvantifikace efektivní absorpční plochy povrchu kořenů
Modifikovaná impedance půdy
Analýza radiálního profilu transpiračního proudu
Průřez kmenem
Rozložení plochy
po obvodu kmene
Celkem 5.48 m2
Povrchové
Allometrie
Hluboké
Rozlišení a
oddělení dvou
píků na měřené
asymetrické
křivce
Měření transpiračního proudu resp. transpirace:
Proud integrující nebo jeho radiální profil měřící metody
Metoda
Electrody
tepelné
Thermo
bilance
-články
kmene:
THB
(integrujcí
čidla - 1973)
Metoda
deformace
tepelného
pole:
HFD
(volume
heater)
Termočlánky
Obvykle 2-4
čidla na kmen
této velikosti
Nízký
průtok
Lineární ohřev
(multibodový systém
měření - 1998)
Vysoký
průtok
Měří celkový
průtok vody
(jednodušší
čidla)
Měří celkový
průtok vody,
ale také jeho
radiální profil
(složitější
čidla)
Distribuce absorpčních
kořenů na různě hluboké
půdě dle radiálních profilů
transpiračního proudu
Mělká (1m)
(Schéma kořenů znázorněných
jakoby jejich délka odpovídala ploše)
Hluboká 4m na jílu
Tvar měřených radiálních profilů:
(Nadezhdina et al. 2007)
Kumulovaná vodní zásoba a změny objemu kmene
Vztahy mezi vodní zásobou
a objemem kmene
Mokré dřevo = běl
Denní průběhy
Kumulované
denní rozdíly
transpiračního
proudu a růstu
kmene
Růst
Denní rozdíly
Dehydratce &
rehydratace
Změny objemu
měkkých
pletiv: 35.0%
(dendrometr)
Operativní parametry použité pro popis porostů
Relativně vlhký porost lužního lesa
Distribuce listoví
Distribuce kořenů
Transpirace porostů
= různá dodávka vody z půdy
(integrující transpirační proud
spojuje kořeny a listy)
Relativně suchý borový les
Water balance in floodplain forest
Field measurement of individual items of water balance
Water balance in the floodplain forest
Mild weather
.
Dry weather
Ample underground water
Dry weather
No underground water
Dynamics of water supply by superficial and sinker roots
Example:
spruce, age over 100 years
Drought caused rapid
changes of sap flow
within 20 days (two selected
for demonstration)
Water supply by superficial roots
decreased rapidly, while water supply
by sinker roots partially increased
Závěry
* Kdykoli je potřeba získat objektivních informace o stavu či chování
lesů, je nyní k dispozici série „polních“ mobilních přístrojových metod
pro práci u libovolných druhů ve všech terénních podmínkách
* Tyto metody umožňují poměrně rychle měřit strukturu stromů, včetně
jejich podzemních částí (absorpční kořeny) a největší hmotné toky v
přírodě (vody) i toky energie
* Naměřená data lze snadno přepočítat na vyšší hierarchické úrovně, tj.
ze stromů na porosty a případně dále z porostů např. na povodí
* Slouží tedy jako podklady pro hodnocení funkční stability např. pro
účely pěstování, včetně hodnocení optimální struktury porostů, ochrany
lesů, hodnocení jejich klimatické úlohy (ochlazování krajiny) aj.